水化硅酸鈣-氧化石墨烯復(fù)合材料力學(xué)性能的分子動力學(xué)模擬.pdf

1、水化硅酸鈣(Calcium-Silicate-Hydrate,C-S-H)凝膠是水泥水化產(chǎn)物中最重要的成分，對水泥和混凝土材料的微觀結(jié)構(gòu)和宏觀性能有著重要影響，使其成為人們進(jìn)行水泥基材料研究必須面臨的課題。C-S-H凝膠在常溫下是無定型態(tài)，人們對它的分子結(jié)構(gòu)仍存在爭議，但通過研究發(fā)現(xiàn)一些天然礦物，如托貝莫來石（Tober mor ite）和羥基硅鈣石（Je nnite），與水化硅酸鈣的結(jié)構(gòu)具有很高的相似性。
　　氧化石墨烯（Gra

2、phene Oxide，GO）是石墨烯功能化的衍生物，具有超高的柔韌性、超大的比表面積以及優(yōu)異的力學(xué)性能。氧化石墨烯結(jié)構(gòu)中含有羥基（-O H）、羧基（-CO O H）、環(huán)氧基（-O-）等親水性基團(tuán)，使其具有水溶性，對一些高分子材料和無機非金屬材料等具有顯著的增強增韌作用。
　　從結(jié)構(gòu)和性能方面分析，氧化石墨烯對水泥混凝土也具有增強增韌的可行性，并有相關(guān)的實驗進(jìn)行驗證。采用先進(jìn)的計算機模擬技術(shù)，對水化硅酸鈣/氧化石墨烯復(fù)合材料進(jìn)行分

3、子動力學(xué)模擬研究，不僅具有較高的理論價值，而且對于開發(fā)高性能混凝土材料具有一定的指導(dǎo)意義。
　　本文通過前人研究獲得的結(jié)構(gòu)參數(shù)，分別構(gòu)建了水化硅酸鈣、氧化石墨烯、水化硅酸鈣/氧化石墨烯復(fù)合材料、水化硅酸鈣/氧化石墨烯復(fù)合材料界面4類初始結(jié)構(gòu)模型。在對初始結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行相應(yīng)的處理和分子動力學(xué)優(yōu)化后，模擬計算它們的力學(xué)性能，并進(jìn)行了相關(guān)分析。相關(guān)研究結(jié)果表明：
　?、儆嬎隳K的選擇、系綜和力場的不同、單晶胞與超晶胞的差異以及模擬參

4、數(shù)的不同，都對C-S-H凝膠的模擬計算結(jié)果存在一定影響。NPT系綜下得到的結(jié)果比NVT、NVE系綜下的要大。當(dāng)單晶胞擴展為超晶胞時，得到的結(jié)果更接近實際值。14? Tobermorite和Jennite2×2×2的超晶胞在NPT系綜下計算得出的結(jié)果與納米壓痕研究得到的結(jié)果較為接近。11?的Tober mo r ite與Je nnite模型的計算結(jié)果與文獻(xiàn)吻合的更好。
　?、谀M計算得出分別包含2、3、4、5個GO（II）分子的無定

5、型周期性晶胞的平均楊氏模量為139.22Gpa。
　　③水化硅酸鈣/氧化石墨烯復(fù)合材料的初始結(jié)構(gòu)模型經(jīng)能量最小化和分子動力學(xué)優(yōu)化后，氧化石墨烯吸附到了水化硅酸鈣表面。在NVT系綜下模擬，氧化石墨烯的加入，最高使C-S-H的楊氏模量提高了52.9％，而且隨著氧化石墨烯含量的增加，C-S-H的楊氏模量提高量也會隨著增加。系綜的選擇對C-S-H/GO復(fù)合材料模型的模擬結(jié)果存在較大的影響。在NPT、NVE系綜下模擬，加入GO之后C-S-H